16个玉米品种萌芽期耐旱性和耐盐性评价

邱鹏程，苗永茂，杜永春，常国有，吴云霞

（1.鄂尔多斯市农牧业科学研究院，内蒙古康巴什017000；2.内蒙古自治区农牧业生态与资源保护中心，内蒙古呼和浩特010011；3.达拉特旗种子管理站，内蒙古树林召014300；4.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特010031）

玉米作为我国第一大农作物，在农业、畜牧业和工业等领域有着不可替代的用途[1]。在我国玉米种植区，干旱和盐胁迫是影响产量稳定的重要因素之一[2]。如何利用、改良盐碱地并增加作物产量是亟待解决的全球性问题[3]。本研究通过模拟玉米萌芽期干旱、盐胁迫环境，通过萌芽期相关鉴定指标的测定，利用加权隶属函数法和GGE双标图法综合评价玉米品种抗性，筛选出的抗逆品种，可推荐进行种植检验，建立的评价鉴定体系可为品种选育、种质资源鉴定提供参考。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试材料为16个玉米品种，包括鄂尔多斯市满世通科技种业有限公司提供的伊单131、伊单52、伊单81、伊单507和满世通526。鄂尔多斯市胜丰种业有限公司提供的胜丰青贮2号、胜丰177、胜丰157、胜丰162、胜丰167和胜丰10。内蒙古真金种业科技有限公司提供的真金308、真金327、真金328、真金329和真金3305。

1.2 试验设计

每个品种选25粒饱满的种子，用0.1%的高锰酸钾溶液消毒10 min，清水洗2遍，将种子放入铺有双层滤纸的培养皿，加入20 mL 15%和20%的PEG-6000溶液模拟玉米萌芽期干旱胁迫环境，对照为清水，3次重复。

用20 mL 220 mmol/L、300 mmol/L的NaCl溶液模拟玉米萌芽期盐胁迫环境，清水为对照，3次重复。每隔1 d在发芽盒中更换PEG-6000和NaCl溶液维持胁迫程度并统计发芽数。计算发芽势（第4天的发芽率）、发芽率（第8天的发芽率）、相对发芽率、相对发芽势、相对受害率和种子芽期耐盐（旱）指数[4]。

式中，P2、P4、P6、P8分别为胁迫2、4、6、8 d的发芽率[4]。

1.3 玉米耐盐和耐旱性的综合性评价

以供试品种的各鉴定指标为依据，利用加权隶属函数法对品种进行综合评价[5]。

隶属函数值计算公式为

式中，Xi为指标测定值；Xmin、Xmax分别为样品某一指标的最小值和最大值。

权重计算公式为

式中，CVi为各供试材料的变异系数；Wi为CVi在总变异中所占比率。

综合评价D值计算公式为

1.4 统计分析

用Microsoft Excel 2010进行数据整理和分析。用GGE-biplot软件对不同胁迫处理进行叠图法分析。

2 结果与分析

2.1 干旱和盐胁迫对玉米发芽的影响

由表1可知，对照清水处理后玉米的发芽势和发芽率分别为54.00%、97.00%。15% PEG-6000胁迫处理下玉米各品种发芽势和发芽率分别为22.00%、40.00%，与对照相比，发芽势降低32个百分点，发芽率降低57个百分点，耐旱指数平均为0.46，相对受害率为59.00%。20% PEG-6000胁迫下各品种发芽势平均值降低43个百分点，发芽率平均值降低76个百分点，各品种耐旱指数为0.23，相对受害率为78.00%。结果表明，干旱胁迫对发芽率的抑制作用大于发芽势，15% PEG-6000对玉米发芽有抑制作用，20% PEG-6000胁迫处理的抑制作用更为明显。

表1 干旱胁迫对玉米发芽的影响

由表2可知，220 mmol/L NaCl胁迫下各品种的发芽势和发芽率分别为4.00%、12.00%，与对照相比，发芽势降低50个百分点，发芽率降低85个百分点，耐盐指数为0.11，相对受害率为88.00%。300 mmol/L NaCl胁迫下各品种的发芽势和发芽率分别为10.00%、21.00%，与对照相比，发芽势降低53个百分点，发芽率降低87个百分点，耐盐指数为0.07，相对受害率为9.00%。

表2 盐胁迫对玉米发芽的影响

2.2 基于GGE叠图法分析玉米萌芽期耐旱耐盐性

利用GGE叠图法分析16个玉米品种萌芽期耐旱和耐盐性。由图1可知，PEG-6000干旱胁迫GGE叠图展示了各处理真实信息的94.6%。将G1、G3、G2、G5和G4用直线连接，组成了一个多边形。通过中心对每条边作垂线，将双标图分为几个扇区，品种分布在扇区，每个分区内的顶角处理就是该分区包含的所有性状指标的最优处理[6]。结果表明，干旱胁迫下伊单131和伊单81发芽率、相对发芽率表现较好，真金308干旱受害相对较轻。

图1 玉米耐旱性GGE分析

由图2可知，盐胁迫GGE叠图展示了各处理真实信息的99.4%。结果表明，伊单81在220 mmol/L NaCl胁迫下发芽率、耐盐指数、相对发芽率和300 mmol/L NaCl胁迫下发芽势表现较好。220 mmol/L NaCl胁迫下，伊单507的发芽势和相对发芽势表现较好，胜丰青贮2号盐胁迫受害率较低。

图2 玉米耐盐性GGE分析

由图3可知，对16个玉米品种萌芽期抗逆指标通过加权隶属函数值法确定的D值，分析4个胁迫环境的关系。T1～T4代表15% PEG-6000干旱胁迫、20% PEG-6000干旱胁迫、220 mmol/L NaCl盐胁迫、300 mmol/L NaCl盐胁迫。4个环境中，15%PEG-6000干旱胁迫、20% PEG-6000干旱胁迫和300 mmol/L NaCl盐胁迫3个胁迫环境之间夹角小于90 °，说明三者正相关。220 mmol/L NaCl盐胁迫、300 mmol/L NaCl盐胁迫之间角度略大于90°，呈一定的负相关。图中环境线段的长度反映试验点对品种的区分能力[7]，220 mmol/L NaCl胁迫条件线段最长，在4个环境中区分能力最强，可以用于淘汰不稳定的品种，选育良种。

图3 不同胁迫环境的关系

2.3 加权隶属函数值法分析不同玉米品种萌芽期耐旱和耐盐性

本研究以玉米萌芽期的耐旱、耐盐鉴定指标为依据，结合变异系数为权重，利用加权隶属函数值法计算D值，可以综合评价玉米品种耐旱性和耐盐性。耐旱耐盐鉴定中，发芽势的D值平均值最大，受害率D值平均值最小。根据16个玉米品种D值分为高耐、耐、敏感、高敏感4类（表3）。通过GGE叠图法分析，干旱胁迫下G1（伊单131）和G12（真金308）发芽率、相对发芽率和受害表现较好，属于萌芽期相对耐旱品种。两个浓度盐胁迫下，G3（伊单81）发芽率、耐盐指数、相对发芽率和发芽势好于其他品种，属于相对耐盐品种。

表3 基于D值对16个玉米品种耐旱和耐盐分级结果

3 结论与讨论

3.1 耐旱耐盐性综合评价方法

玉米耐旱性耐盐性由数量性状控制，单一指标不能全面反映抗性强弱[8]，不同鉴定指标反映不同的抗逆排序和权重[9]。加权隶属函数值法通过无量纲化将各指标的耐盐系数都转换为0/1的度量值，从而将不同指标放到同一个比较水平上，增强了指标间的可比性，能够较好地定量评价每个材料，同时也考虑到各个鉴定指标对耐盐性的贡献（即权重）。加权隶属函数值法能科学、有效地对抗逆性进行评价。加权隶属函数值法作为综合性评价方法，能够综合考虑不同鉴定指标基础上较全面地评价品种。本研究中用该方法可以综合评价玉米品种耐盐耐旱性，并通过D值进行分类，更为科学地评价各个品种抗逆水平。GGE叠图法是一种能够直观展示多个因素相互作用的方法，可以分析农作物多点试验的数据以及与环境互作的影响[10-12]，能够反映各个品种在各环境下的表现。本研究中利用该方法评价4个胁迫环境关系，同时分析4个胁迫环境下表现较好的品种，是对该研究方法的进一步验证。

3.2 耐旱耐盐胁迫条件间的关系

已有研究表明，有些代谢途径同时控制植物对生物和非生物胁迫的反应[13]，非生物胁迫下作物有些抗逆QTL位点是存在遗传重叠现象的[14-15]。本研究通过GGE叠图法分析4个胁迫处理在品种评价上的相似性和区分能力，2个干旱胁迫和220 mmol/L NaCl盐胁迫条件正相关，也说明玉米萌芽期耐旱和耐盐性状存在一定联系。由于数量性状控制抗逆位点，非生物抗逆胁迫在胁迫机理上有一定关联，本研究鉴定结果为下一步从分子角度鉴定提供了参考。

3.3 玉米耐盐耐旱评价结果

通过对萌芽期鉴定指标进行GGE叠图法分析，结果表明，干旱胁迫下伊单131和伊单81发芽率、相对发芽率表现较好，真金308相对受害较轻。盐胁迫下伊单81和伊单507的发芽势和相对发芽势表现较好，胜丰青贮2号受害率较低。

通过对萌芽期鉴定指标进行加权隶属函数值法分析，结果表明，干旱胁迫下，伊单131和真金308属于相对耐旱品种。盐胁迫条件下，伊单81属于相对耐盐品种。

本研究使用加权隶属函数值法对供试品种进行了抗性分级，用GGE叠图法分析玉米干旱和盐胁迫下表现，两种方法确定的抗性品种不完全相同，但伊单81是16个玉米品种中两种方法下萌芽期耐旱、耐盐试验中抗性表现较好的品种。研究中筛选出耐旱耐盐玉米品种，以及综合评价方法可为今后的抗性材料筛选、品种推广和栽培技术研究提供材料和技术支持。